حرکت ارتعاشی گالیوم مایع تحت تأثیر جریان الکتریکی

اعمال یک جریان در طول قطره‌ای از گالیوم مایع حرکتی ارتعاشی را القا می‌کند؛ حرکتی که یاد‌آور ضربان قلب است!

اگر میخی آهنی را در مجاورت قطره‌ی جیوه قرار دهید، قطره به شکلی آشوبناک‌ شروع به ضربان می‌کند. این ارتعاشات با واکنشی شیمیایی به راه می‌افتند که موجب می شود تنش سطحیِ قطره افت‌وخیر داشته باشد. اگرچه این حرکت بخوبی شناخته شده است اما پژوهش‌گران در کنترل این حرکتِ ضربانیِ آشوبناک‌ جیوه دچار چالش شده‌‌اند. اکنون خیالین وانگ (Xiaolin Wang ) از دانشگاه ولونگونگ در استرالیا و همکارانش نشان داده‌اند که قطرات گالیوم مایع نیز می‌توانند بواسطه‌ی افت‌وخیزهای تنش سطحی ارتعاش کنند. بعلاوه دوره‌ی تناوب این ارتعاش را می‌توان به طور دقیق با استفاده از جریان الکتریکی کنترل کرد. به گفته‌ی این تیم، «قلب» گالیوم آن‌ها می‌تواند به عنوان یک قطعه‌ی زمان‌بندیِ که بر اساس شاره کار می‌کند، مورد استفاده قرار گیرد.

قلب فلزی وانگ و همکارانش در اصل یک قطره‌ی گالیوم ۵۰ میکرولیتری است که در درون یک حلقه‌ی گرافیتی باردار حرکت رفت و برگشتی انجام می‌دهد. این تیم حلقه را روی شیبی که در یک شاره‌ی رسانا غوطه‌ور شده است قرار داده‌اند که اجازه می‌دهد گرانش، قطره را به سمت پایین بکشد. وقتی قطره به دیواره‌ی داخلی حلقه می‌خورد، جریان از طریق قطره شارش پیدا کرده و یک واکنش اکسایش را بر روی سطح خارجی‌اش القا می‌کند. این اکسایش، تنش سطحی قطره را کاهش داده و موجب مسطح شدن آن می‌شود و نیروی الکتریکی دفعی را مابین قطره و حلقه القا می‌کند. شدت این نیرو با گستردگی قطره افزایش می‌یابد و نهایتاً سبب می‌شود تا شیب به عقب بازگردد. سرانجام، این فرآیند اکسایش متوقف شده و قطره شکل کروی اولیه‌ی خودش را پیدا می‌کند و دوباره حرکت تکرار می‌شود. این قلب گالیومی می‌تواند شیب را تا ۶۱۰ بار در دقیقه بالا پایین کند؛ با «آهنگ ضربان» دقیقی که به جریان وابسته است.

 

این پژوهش در فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

کاترین رایت (Katherine Wright ) سردبیر مجله‌ی فیزیک است.

 

برگرفته از وبگاه انجمن فیزیک ایران